Теватрон

Астрономия для любителей → Арсенал астроном → Теватрон

Самым большим из действующих в данный момент ускорителей заряженных частиц является Теватрон. Теватрон это кольцевой ускоритель-коллайдер, расположенный в национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в городке Батавия штата Иллинойс, недалеко от Чикаго. В ускорителе разгоняются протоны и антипротоны до энергии в 980 Гига эв. что тоже 0.98 Тера эв. Иногда слова Тера эв. заменяют на прото Тэв. - отсюда и произошло название Теватрон. Этот ускоритель работает с 1987 года и с тех пор несколько раз модернизировался.

Ускорение частиц в Теватроне происходит в несколько этапов. На первой стадии 750 кэВ предускоритель ускоряет отрицательно заряженные ионы водорода. Ионы пролетают 150-метровый линейный ускоритель (линак), ускоряющий частицы с помощью переменного электрического поля до энергии 400 МэВ. Затем ионы проходят через углеродную фольгу, теряют электроны и уже протоны влетают в Бустер.

Бустер — небольшой кольцевой магнитный ускоритель. Протоны пролетают около 20000 кругов в этом ускорителе и приобретают энергию около 8 ГэВ. Из Бустера частицы поступают в Главный Инжектор, выполняющий несколько задач. Он ускоряет протоны до энергии 150 ГэВ, производит протоны энергии 120 ГэВ для рождения антипротонов и ускоряет антипротоны также до 150 ГэВ. Последняя его задача — инжекция протонов и антипротонов в главное ускорительное кольцо Теватрона. Антипротоны рождаются в так называемом Антипротонном Источнике, где протоны энергии 120 ГэВ бомбардируют неподвижную никелевую мишень. В результате рождается огромное число частиц разных типов, включая антипротоны, которые накапливаются и охлаждаются в накопительном кольце. Затем антипротоны инжектируются в Главный Инжектор.

Теватрон ускоряет протоны и антипротоны до энергии 980 ГэВ, это означает, что кинетическая энергия частиц в 1000 раз больше, чем их масса, а скорость практически равна максимальной в Природе — скорости света. Теватрон — машина коллайдерного типа. Это означает, что протоны и антипротоны летят в противоположных направлениях и сталкиваются в нескольких точках ускорительного кольца, где располагаются детекторы частиц. Всего в туннеле Теватрона установлено 2 детектора. Именно с помощью этих детекторов учение узнают о том, что произошло при столкновении.

С помощью теватрона удалось провести множество исследований. Одно из них - изучение структуры протона. Было достоверно установлена это протон не является элементарной частицей в обычном понимании этого слова. Дело в том, что заряд внутри протона распределен неравномерно, а сосредоточен в так называемых кварках. Кварки это, если так можно выразится, субэлементарные частицы. Они никогда не могут быть обнаружены в свободном состоянии так как всегда заключены внутри самого протона. Нейтроны и некоторые другие частицы (все она называются адроны) также состоят из кварков. Явление, при котором кварки заключены в частицах и не могут существовать вне них называется Конфаймент.

Ученые полагают, что явление конфаймента может быть связано со структурой нашего пространства. Еще в первой половине 20 века наблюдался процесс так называемой аннигиляции. При соударении частицы с античестацей обе исчезают оставляя после себя лишь два кванта энергии в виде двух фотонов. Позже, с использование ускорителей было выявлено, что высокоэнергетичные фотоны способны рождать из пустого пространства (из вакуума) различные частицы. В хоте этих экспериментов стало ясно, что само пространство обладает какой-то структурой. Сообщая энергию вакууму мы может рождать из него частицы. Для изучения этой структуры нужен более мощьный ускоритель. Такой ускоритель уже почти построен в самом сердце Европы в Женеве. Он называет Большой Адронный Коллайдер или по английски LHC (Large hadron colluder )

Михаил Карневский, 21.02.2009

Большой Адронный коллайдер

Нейтринный телескоп